金屬銥配合物具有可調節的結構和氧化還原電位、顯著的光穩定性、特別高的激發壽命和多光敏機理，正成為光催化抗癌藥物的興起藥物。在抗癌藥物治療中，單個腫瘤細胞對藥物的攝入和保留效率是影響療效的重要因素，準確定量金屬基抗癌藥物在單個癌細胞內的攝入和保留對有效篩選抗癌藥物有重要意義。目前單核銥化合物（Ir1）用作光催化抗癌藥物已有一些報道，但雙核銥化合物（Ir2）尚未見報道。
圖1 Ir（III）光催化劑誘導NAD(P)H的氧化還原
新興的單細胞ICP-MS技術（SC-ICP-MS）將每個細胞視為一個單獨的個體，使用PerkinElmer Asperon™霧室的單細胞進樣系統，能十分有效傳輸細胞，搭配NexION ICP-MS 100,000點/秒的極快采集速度和專用單細胞應用軟件模塊，能快速準確定量單個細胞內元素的含量，得到元素含量分布，含金屬的細胞濃度以及區分細胞外源性和內源性離子。中山大學黃懷義副教授和合作團隊與PerkinElmer技術團隊共同合作，使用PerkinElmer的NexION ICP-MS用單細胞ICP-MS技術研究單核Ir1和雙核Ir2光催化劑在單個癌細胞中的吸收和保留情況，該工作成果近日已發表在著名化學期刊Angewandte chemie。
圖2 研究工作成果
實驗部分
SC-ICP-MS分析Ir（III）光催化劑的實驗操作步驟見圖3：用藥物培育細胞一段時間后，移除藥物進行離心分離、洗滌、重懸，然后用SC-ICP-MS測試，經由軟件得到單個細胞中Ir含量。
圖3 SC- ICP-MS分析Ir（III）光催化劑的步驟
由圖4可知隨著細胞藥物培育時間增加，SC-ICP-MS測得含有Ir的細胞個數及Ir信號強度增加。
圖4 SC-ICP-MS得到單個癌細胞中Ir1和Ir2（10uM）攝入情況的時間-強度信號圖
從圖5看，Ir2培養的細胞內Ir含量顯著2倍高于Ir1，這可能是由于Ir2化合物比Ir1有更高的親脂性（logP Ir1/Ir2，0.13/0.54）促進了細胞對化合物的吸收。此外，通過SC-ICP-MS能得到每個癌細胞中吸收的Ir2含量從20到400ag不等，表明了細胞間對Ir2化合物的攝入情況存在差異性。因此，對比常規ICP-MS測定細胞平均攝入的方法，SC-ICP-MS能得到更多細胞藥物攝入的詳細信息。
圖5 單個癌細胞中Ir1和Ir2（10uM）的Ir元素攝入質量頻率圖
同時，本研究還比較SC-ICP-MS對Ir1和Ir2化合物在細胞內的保留情況。當用Ir2培育細胞12h后除過量的Ir2，分析8h后細胞內Ir含量。移除藥物8h后，單個細胞內Ir2含量幾乎沒有變化，表明Ir2在癌細胞中有很高的保留性。但同等條件下，Ir1在細胞中的濃度顯著減少。SC-ICP-MS實驗表明細胞對Ir2化合物的攝入率和保留率很高。根據報道，細胞內順鉑藥物產生耐藥性原因之一是細胞內藥物的高流失性，Ir2化合物高效的保留性有望能克服耐藥性問題。
圖6 移除Ir1和Ir2培養基后，細胞內Ir質量隨時間的保留情況
結論
本文研究了一種新型光催化活性、高生物相容性的有機金屬雙核銥化合物，使用珀金埃爾默NexION系列單細胞ICP-MS技術實現單個癌細胞內銥化合物（Ir1和Ir2）中Ir元素含量的快速、準確定量。結果表明，Ir2比Ir1有更高效的細胞攝取率和胞內保留效率，是一個高效光催化劑。在本文更多的研究工作中，也發現雙核Ir2的光催化抗癌效果也比單核Ir1優異。這是第一次報道雙核金屬銥化合物能被運用于光催化抗癌研究，為光催化抗癌藥物發展提供了更多展望。
原文文章信息：Single-Cell Quantification of a Highly Biocompatible Dinuclear Iridium(III) Complex for Photocatalytic Cancer Therapy. DOI: 10.1002/anie.202202098.
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